有几何关系:
又有
则整理解得:
又因为:
根据几何关系有:
则Ⅱ区的磁感应强度B与k的关系:
4.(2014海南卷)8.如图,两根平行长直导线相距2L,通有大小相等、方向相同的恒定电流,a、b、c是导线所在平面内的三点,左侧导线与它们的距离分别为、和3.关于这三点处的磁感应强度,下列判断正确的是
A.a处的磁感应强度大小比c处的大
B.b、c两处的磁感应强度大小相等
C.a、c两处的磁感应强度方向相同
D.b处的磁感应强度为零
8.【答案】AD
【解析】根据通电直导线的磁场,利用右手螺旋定则,可知b处场强为零,两导线分别在a处的产生的场强都大于在c处产生的场强,a、c两处的场强叠加都是同向叠加,选项AD正确。
5.(2014海南卷)14.如图,在x轴上方存在匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向外;在x轴下方存在匀强电场,电场方向与xoy平面平行,且与x轴成450夹角。
一质量为m、电荷量为q(q>0)的粒子以速度v0从y轴上P点沿y轴正方向射出,一段时间后进入电场,进入电场时的速度方向与电场方向相反;又经过一段时间T0,磁场方向变为垂直纸面向里,大小不变,不计重力。
(1)求粒子从P点出发至第一次到达x轴时所需的时间;
(2)若要使粒子能够回到P点,求电场强度的最大值。
14.【答案】,
【解析】
(1)带电粒子在磁场中做圆周运动,设运动半径为R,运动周期为T,根据洛伦兹力公式及圆周运动规律,有
依题意,粒子第一次到达x轴时,运动转过的角度为,所需时间t1为
求得
(2)粒子进入电场后,先做匀减速运动,直到速度减小为0,然后沿原路返回做匀加速运动,到达x轴时速度大小仍为v0,设粒子在电场中运动的总时间为t2,加速度大小为a,电场强度大小为E,有
得
根据题意,要使粒子能够回到P点,必须满足
得电场强度最大值
6.(2014江苏卷)14.(16分)某装置用磁场控制带电粒子的运动,工作原理如图所示。
装置的长为L,上下两个相同的矩形区域内存在匀强磁场,磁感应强度大小均为B、方向与纸面垂直且相反,两磁场的间距为d。
装置右端有一收集板,M、N、P为板上的三点,M位于轴线上,N、P分别位于下方磁场的上、下边界上。
在纸面内,质量为m、电荷量为-q的粒子以某一速度从装置左端的中点射入,方向与轴线成300角,经过上方的磁场区域一次,恰好到达P点。
改变粒子入射速度的大小,可以控制粒子到达收集板上的位置。
不计粒子的重力。
(1)求磁场区域的宽度h;
(2)欲使粒子到达收集板的位置从P点移到N点,求粒子入射速度的最小变化量Δv;
(3)欲使粒子到达M点,求粒子入射速度大小的可能值。
14.【答案】
(1)
(2)
(3)
【考点】带电粒子在磁场中的运动、洛伦兹力、牛顿第二定律
【解析】
(1)设粒子的轨道半径为r
根据题意且
解得
(2)改变入射速度后粒子在磁场中的轨道半径为
,
由题意可知解得
设粒子经过上方磁场n次
由题意可知
且解得
(20XX年江苏卷)
7.(20XX年全国卷1)15.关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力,下列说法正确的是
A.安培力的方向可以不垂直于直导线
B.安培力的方向总是垂直于磁场的方向
C.安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角无关
D.将直导线从中点折成直角,安培力的大小一定变为原来的一半
15.【答案】:
B
【解析】:
由左手定则安培力方向一定垂直于导线和磁场方向,A错的B对的;F=BILsinθ,安培力大小与磁场和电流夹角有关,C错误的;从中点折成直角后,导线的有效长度不等于导线长度一半,D错的
8.(20XX年全国卷1)16.如图,MN为铝质薄平板,铝板上方和下方分别有垂直于图平面的匀强磁场(未画出)。
一带电拉子从紧贴铝板上表面的P点垂直于铝板向上射出,从Q点穿越铝板后到达PQ的中点O。
已知拉子穿越铝板时,其动能损失一半,这度方向和电荷量不变。
不计重力。
铝板上方和下方的磁感应强度大小之比为
A.2B.C.1D.
16.【答案】:
D
【解析】:
动能是原来的一半,则速度是原来的倍,又由得上方磁场是下方磁场的倍,选D。
10.(20XX年山东卷)
24.如图甲所示,间距为d,垂直于纸面的两平行板P、Q间存在匀强磁场。
取垂直与纸面向里为磁场的正方向,磁感应强度的变化规律如图乙所示。
t=0时刻,一质量为m,带电荷量为+q的粒子(不计重力),以初速度由Q板左端靠近板面的位置,沿垂直于磁场且平行于板面的方向射入磁场区。
当和取某些特定值时,可使t=0时刻射入的粒子经时间恰能垂直打到P板上(不考虑粒子反弹)。
上述m,q,d,为已知量。
(1)若,求
(2)若,求粒子在磁场中运动的加速度大小。
(3)若,为使粒子仍能垂直打到P板上,求
24、【答案】
(1)
(2)(3);
【解析】解:
(1)设粒子做圆周运动的半径为R,由牛顿第二定律得
①
据题意由几何关系得
R1=d②
联立①②式得
③
(2)设粒子做圆周运动的半径为R2,加速度大小为a,由圆周运动公式得
④
据题意由几何关系得
⑤
联立④⑤式得
⑥
(3)设粒子做圆周运动的半径为R,周期为T,由圆周运动公式得
⑦
由牛顿第二定律得
⑧
由题意知,代入⑧式得
d=4R⑨
粒子运动轨迹如图所示,
O1、O2为圆心,连线与水平方向的夹角为,在每个TB内,只有A、B两个位置才有可能垂直击中P板,且均要求,由题意可知
⑩
设经历完整TB的个数为n(n=0,1,2,3……)
若在A点击中P板,据题意由几何关系得
当n=0时,无解
当n=1时,联立⑨式得
联立⑦⑨⑩式得
当时,不满足的要求
若在B点击中P板,据题意由几何关系得
当n=1时,无解
当n=1时,联立⑨式得
联立⑦⑨⑩式得
当时,不满足的要求
11.(20XX年四川卷)10.在如图所示的竖直平面内,水平轨道CD和倾斜轨道GH与半径的光滑圆弧轨道分别相切于D点和G点,GH与水平面的夹角,过G点、垂直于纸面的竖直平面左侧有匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向里,磁感应强度;过D点、垂直于纸面的竖直平面右侧有匀强电场,电场方向水平向右,电场强度。
小物体质量、电荷量,收到水平向右的推力的作用,沿CD向右做匀速直线运动,到达D点后撤去推力。
当到达倾斜轨道低端G点时,不带电的小物体在GH顶端静止释放,经过时间与相遇。
和与轨道CD、GH间的动摩擦因数均为,取,,物体电荷量保持不变,不计空气阻力。
求:
(1)小物体在水平轨道CD上运动的速度v的大小;
(2)倾斜轨道GH的长度s。
10.【解析】
(1)由对P1受力分析可得:
竖着方向受力平衡:
N+qvB=mg……①
水平方向受力平衡:
F=N……②
联立①②可得:
v=4m/s
(2)P1从D到G由于洛伦兹力不做功,电场力做正功,重力做负功由动能定理可知:
qEr-mgr(1-cos)=mv-m……③
P1过G点后做匀变速直线运动的加速度设为a,则;
qEcos-mg-(mgcos+qE)=ma……④
P2质量设为m在GH上做匀加速直线运动的加速度a,则:
mg-mgcos=ma……⑤
P1和P2在GH上的时间相同位移之和为S,所以:
S=vt+at+at……⑥
联立各式,可得:
S=0.56m
17.(2014北京)16.带电粒子a、b在同一匀强磁场中做匀速圆周运动,他们的动量大小相等,a运动的半径大于b运动的半径。
若a、b的电荷量分别为qa、qb,质量分别为ma、mb,周期分别为Ta、Tb。
则一定有
A.qa16.【答案】A
【考点】带电粒子在匀强磁场中的运动、圆周运动的规律、动量
【解析】带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,由牛顿第二定律有:
,因为两个粒子的动量相等,且,所以,A项正确;速度不知道,所以质量关系不确定,B项错误;又因为,质量关系不知道,所以周期关系不确定,CD项错误。
20.(12分)两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内,两导轨间的距离为l。
导轨上面横放着两根导体棒ab和cd,构成矩形回路,如图所示.两根导体棒的质量皆为m,电阻皆为R,回路中其余部分的电阻可不计.在整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场,磁感应强度为B.设两导体棒均可沿导轨无摩擦地滑行.开始时,棒cd静止,棒ab有指向棒cd的初速度v0(见图).若两导体棒在运动中始终不接触,求:
(1)在运动中产生的焦耳热最多是多少.
(2)当a